[发明专利]一种头部/眼睛跟踪系统和用于头部/眼睛跟踪的方法

说明书

一种头部/眼睛跟踪系统，包括：图像传感器(1)，用于采集使用者(4)的图像；窄带光源(5)，用于照亮眼睛；以及带通滤波器(6)，布置在眼睛与图像采集设备之间并具有与在预限定工作温度下光源的发射光谱相对应的通带。该系统进一步包括热源(11)，该热源被布置在光源附近，并且被配置为预加热光源(5)以达到预限定工作温度。通过缩短发生大的温度变化的时间段，可以在该短时间段期间接受系统的次优性能，从而放松对光源和滤波器设计的要求。

技术领域

本发明涉及头部或眼睛跟踪领域，即通过图像采集和处理来监视和跟踪使用者的头部或眼睛。

背景技术

大部分头部/眼睛跟踪系统采用物体(即，使用者的眼睛)照明，以提高系统的性能。为了可区分这种照明，系统应尽可能抑制环境光。

为了消除或最小化来自环境光的干扰，头部/眼睛跟踪系统的照明可以被限制到窄波长范围，优选限制在可见光光谱之外。典型地，光发射光谱集中在可见光谱之外的某个不同中心波长周围的光源与通带以该中心波长为中心的带通滤波器结合使用。

光源可以是比如具有在近红外(near infra red，NIR)区中的中心波长(例如840nm或940nm)的LED的固态光源。滤波器具有能够捕获光源发出的大部分光而同时阻挡大部分环境光的通带。举例来讲，滤波器的通带为±25nm。

一个特别的挑战是太阳光，太阳光在包括NIR的宽光谱内具有相对较高的辐照度(通量/面积)。特别地，一些汽车应用在强烈阳光下面临挑战。

在NIR区，太阳光的光谱辐照度(通量/面积/波长)约为1W/m²/nm，使得以上提到的滤波器接收的太阳光的总辐照度约为50W/m²。为了将光源的照明与阳光区分开来，光源的辐照度(通量/面积)因此需要在相同的数量级(50W/m²)。所需的电功率可以通过使用脉冲光来限制，并且在典型的实施方式中，光源具有低至1-2W的电功率。

这种背景下的一个问题是比如LED等光源存在温度漂移，即当温度变化时，中心波长会略微偏移。举例来讲，对于典型的LED，温度漂移是十分之几的nm/K。因此，需要选择滤波器的通带，以对应于预期工作温度下的LED发射光谱。对于许多应用(例如，没有显著温度变化的室内应用)，这不会存在任何重大问题。然而，在一些应用中，比如汽车应用，LED的工作温度会有显著的变化。

在典型的汽车安装中，LED温度可以从初始温度(其可以低至零下30摄氏度或更低)变化到高达LED电路系统的稳态工作温度。取决于环境温度和特定于安装的热阻，该稳态工作温度可能低至20摄氏度以及高至90摄氏度。这对应于LED中心波长大约30-40nm的偏移，即，处于与滤波器的通带相同的数量级。在最坏的情况下，大部分的发射光将会损失。如果也考虑初始阶段，即LED达到稳态工作温度之前的时间段，则有效工作温度范围变得更大。

为了补偿这种温度漂移，并且在最坏的情形下也确保令人满意的系统性能，滤波器的通带可以更宽，以便确保LED发射的大部分功率在所有预期温度下将通过滤波器。然而，结果，滤波器也将允许更多的阳光通过，并且因此LED的功率需要增加，通常增加两倍或三倍。

发明内容

本发明的目的是使得头部/眼睛跟踪系统的照明能够也在大温度变化的条件下抑制环境光(特别是太阳光)，而不需要增加功率。

该目的和其它目的通过一种头部/眼睛跟踪系统来实现，该跟踪系统包括：图像传感器，用于采集使用者的图像；窄带光源，用于照亮眼睛；以及带通滤波器，布置在该使用者与该图像采集设备之间并具有与在预限定工作温度下光源的发射光谱相对应的通带。该系统进一步包括热源，该热源布置在光源附近并且被配置为预加热该光源以达到包括预限定工作温度的温度范围。